Способ определения относительного значения ускорения силы тяжести

(9 801 397 А а О 01 Ч 7/О МИТЕТ СССР ИЙ И ОТНРЫТИ ГОСУДАРСТВЕННЫ ПО ДЕЛАМ ИЗОБ АНИЕ ИЗОБРЕТЕ ОДЕЛЕНИЯ ОТНОСИКОРЕНИЯ СИЛЫ ТЯПОСОБ О НАЧЕНИЯ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(21) 35274 (22) 24.12 (46) 15.04 (72) Л.И.З (71) Рязан институт (53) 550,8 (56) 1, Шо "Геодеэиэд2, Юзефо Гравиметри с. 102-119 (54) (57) С ТЕЛЬНОГО 3 ЖЕСТИ, включающий урцвновешивание слы тяжести, действующей на тело, силой, принятой за эталон, о т л и -.ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюисключения смещения нуль-пункта гравиметра после воздействия ударныхнагрузок, силу тяжести уравновешивают силой отталкивания, возникающемежду обращенными друг к другу поверхностями тел, имеющих различныетемпературы и помещенных в средуразреженного газа, а мерой относительного значения ускорения силы тяжести является изменение взаимногоположения тел,35 50 10863Предлагаемое изобретение относит-ся к измерительной технике, в част"ности к области техники измеренияотносительного значения ускорения силы тяжести статическим методом. 5Известны два основных способа измерения относительных значений ускорения силы тяжести статическим методом, отличающиеся тем, что в них испольвуются разные тела, создающие 1 Оупругую эталонную силу; которая уравновешивает силу тяжести,В газовых гравиметрах сила тяжести уравновешивается упругостью газа,заключенного в ограниченном замкнутом объеме. В универсальном барометре Ломоносова, например, вес столбика ртути сравнивается с постоянной упругой силой, По такому жепринципу построены газожидкостныегравиметры с температурной компенсацией 11 .Недостатком этого способа является то, что упругость газов оченьсильно зависит от температуры. 25Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ определения относительного значения ускорения силы тяжести, включакиций уравновешивание силы тяжести,действующей на тело, силой, принятой за эталон 2 3В механических гравиметрах силатяжести уравновешивается упругой силой деформации специально построенных пружин. Эти приборы можно рассматривать как пружинные или крутильиые весы, на которых взвешиваетсяодин и тот же груз постоянной массы.В качестве силы, уравновешивающейсилу тяжести, используют упругие деформации разного рода: сжатия, растяжения, кручения, изгиба. Системауравновешивания гравиметра должнаобладать стабильностью упругихсвойств во времени, строго линейнойзависимостью деформации от изменениянагрузки, В противном случае несоблюдается закон Гука, и следовательно, упругая сила уравновешивающей механической системы не можетслужить в качестве эталонной. Поэтому материал, из которого изготавливается упругая система, состоящаяобычно иэ металлических или.кварцевых пружин, должен обладать оченьвысоким постоянством упругих свойств.Однако в существующих гравиметрахэто основное требование нарушается 97 1даже при неизменной величине ускорения силы тяжести и постоянных внешних условиях наблюдений упри постоянстве температуры, атмосферного давления и т,д Под воздействиемвнутренних напряжений и, особенно,возмущающих факторовдеформация упругой системы гравиметра непрерывнои необратимо меняется, что приводитк явлению, называемому смещениемнуль-пункта,Смещение нуль-пункта статическихгравиметров ограничивает область ихприменения. Несмотря на применениезащитных приспособлений типа карданова подвеса, вибрация и резкие наклоны гравиметров при транспортировке значительно увеличивают вероятносгь нелинейного смещения нульпункта,Цель изобретения - исключениесмещения нуль-пункта гравиметра после воздействия ударных нагрузок.Поставленная цель достигается тем,что согласно способу определения относительного значения ускорения силытяжести, включающему уравновешиваниесилы тяжести, действующей на тело,силой, принятой за эталон, силу тяжести уравновешивают силой отталкивания, возникавшей между обращеннымидруг к другу поверхностями тел, имеющих различные температуры и помещенных в среду разреженного газа, амерой относительного значения ускорения силы тяжести является измененение взаимного положения тел.Согласно способу предлагаетсяуравновешивать силу тяжести силойотталкивания, возникающей между обращенными друг к другу поверхностями тел, имеющих различные температуры и помещенных в среду разреженногогаза, При этом давление газа выбирается таким, что длина свободногопробега молекул сравнима с расстоянием между указанными поверхностями.Мерой относительного значения ускорения силы тяжести является изменение вэаимндго положения данных тел. Предлагаекий способ, как н все способы измерения ускорения силы тяжести статическим методом, основан на сравнении силы тяжести с силой, принятой за эталон. В качестве эталонной силы используют силу отталкивания, возникающую между обращенными друг к другу поверхностями1086здвух тел, обладающих различнымитемпературами и помещенных в разреженный газ,Пусть в сосуде, заполненном разреженным газом, находятся две пластинки. Первая пластинка имеет температуру Т 1, равную температурестенок сосуда, а вторая пластинка -более высокую температуре Т 2Первая пластинка бомбардируется с ле Овой стороны молекулами газа, обладающими скоростью Ч.1, соответствующей температуре стенки сосуда Т , исама отбрасывает с этой сторонымолекулы газа со скоростями Ч 1. Справой же стороны эта пластинка бомбардируется молекулами со скоростями Ч, а сама отражает молекулы соскоростями Ч. Поэтому первая пластинка получает от каждой молекулы,обладающей массой ш , определенныйизбыток количества движения(шоЧ " т Ч ). Соответствующая этоО 1муизбытку количества движения сила,которая действует на первую пластинку со стороны второй пластинки, пропорциональна концентрации молекулгаза.Однако при повышении давления,когда длина свободного пробега молекул становится соизмеримой с расстоянием между пластинками, силаначинает уменьшаться, несмотря наувеличение концентрации молекул газа.Зависимость силы отталкивания отдавленйя описывается, согласно 3,35следующим соотношениемр (1Р Ьгде а и Ь - две эмпирически определяемые постоянные;р - давление газа в сосуде.Кривая, описываемая соотношением (1 1, имеет максимум при давлении .порядка 50 мТор. 45Расчеты .по соотношению (1) показывают, что при поддержании давления вблизи точки, соответствующеймаксимуму силы, с точностью 10 3,изменение величины силы отталкивания 50не превысит 10При использовании материалов смалой величиной температурного коэффициента линейного расширения стабильность силы определяется стабилькостью разности температур пластин.Для обеспечения точности гравиметра1 О (,в соответствии с ГОСТ 13017-339 4при разности температур тел 100 Сточность поддержания Т 1 и Т 2 должнабыть не хуже 10 С; Такая точностьможет быть получена, например, в устройствах, использующих точку фазового перехода (точку плавления вещества).На чертеже показана конструкциягравиметра, реализующего нредлагаемый способ,Гравиметр содержит металличеекийстакан 1, пластину 2, прокладку 3,пластину 4, растяжку 5, упоры 6,первый термостат 7, второй термостат8, измерительное устройство 9.Металлический стакан 1 помещен впервый термостат 7, падцерживающийтемпературу Т, пластина 2 соединенасо вторым термостатом 3, поддерживающим температуру Т 2, прокладка 3 герметизирует внутренний объем устройства и обеспечивает теппоизоляциюмежду стаканом 1,и пластиной 2. Набоковых стенках стакана 1 параллельно пластине 2 укреплена пластина 4на растяжках 5, обеспечивающи 1 с весьма малую жесткость в продольном направлении и достаточную для фиксации положения пластины 4 жесткость впоперечном направлении (конструкциятаких растяжек и методика их расчетадля любых соотношений жесткости впоперечном Ск.и продольном С направлениях С 1,/С дана в 4 1. В данном случае достаточно иметь С/С -"=1000-2000 для того, чтобы жесткостьподвеса не оказывала заметноговлияния на работу прибора. Для огра-ничения перемещения пластины 4 привыключенных термостатах на боковыхстенках стакана 1 установлены упоры6. Пластина 2 совместно с гцгастиной 4 служит емкостным датчиком перемещений, Величина изменения емкости конденсатора, образованного пластинами 2 и 4, пропорциональная относительному значению ускорения силытяжести, измеряется устройством 9.Устройство работает следующимобразом.Объем, образованный стаканом 1 ипластиной 2, заполняется рабочим газом (например гелиемтаким образом, чтобы давление при расчетной температуре Т возможно более точно соот 1ветствовало оптимальной величине (порядка 50 мТор ), обеспечивающей минимальную зависимость оттапкивающей1086397 Составитель С,РыковРедактор А.Долинич Техред И.Метелева Корректор О.Билак Заказ 2239/44 Тираж 711 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 сйлы от изменения давления. Далее проводят настройку, которая включает в себя две операции, Целью первой является точная подгонка давления газа для получения максимума отталкивающей силы ( выхода на рабочую точку ).Целью второй операции является подбор величины отталкивающей силы, обеспечивающей нахождение пластины 4 в положении, которое она занимала бы в отсутствии силы тяжести (или при помещении гравиметра "на бок" ), Это необходима для того, чтобы нестабильность упругих свойств растяжек не вносила заметных погрешностей в дальнейшие измерения. Подгонка давления производится путем изменения рабочей температурой термостата 7 Т. Контроль силы проводится путем измерения емкости конденсатора, образованного пластинами 2 и 4, с помощью устройства 9 при поддержании постоянной разности температур Т и Т 2. Максимуму от 1талкивающей силы соответствует минимум емкости данного конденсатора,Подбор величины отталкивающей силы производится следующим образом,Установив регулировкой термостата 8Т =Т , помещают прибор горизонталь2 лфно и измеряют величину емкости устройством 9, Затем устанавливают гравиметр в рабочее положение и, регулируя термостат 8, изменяют Т 2, добиваясь получения той же, как и в 10 предыдущем измерении, величины емкости, Эти операции производятся напункте с известным значением ускорения силы тяжести.При измерениях с помощью устрой ства 9 определяется величина изменения емкости и ее знак, служащие мерой перемещения пластины 4, а следовательно, относительного значени%ускорения силы тяжести.20 Предлагаемый способ определенияотносительного значения ускорениясилы тяжести позволяет конструироватьгравиметры, обеспечивающие длительную работу без корректировки нульд пункта, что, в свою очередь, позволяет значительно упростить методикугравиметрических измерений и обработку полученных результатов.